JP2519942B2 - Anhydrous Diluent for Propylene Oxidation to Acrolein and Acrolein Oxidation to Acrylic Acid - Google Patents

Anhydrous Diluent for Propylene Oxidation to Acrolein and Acrolein Oxidation to Acrylic Acid

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Abstract

The processes for oxidation of propylene to acrolein and the oxidation of propylene to acrylic acid in two stages with acrolein as an intermediate are improved by use of anhydrous diluent gases to reduce or replace steam in the reaction streams. In particular, the use of anhydrous diluents which raise the composite flowing heat capacity of the diluent gas mixture to at least about 6.5 calories/gram mole ( DEG C) will improve selectivity to desired products and will reduce the water load on the system.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明はプロピレンからアクロレインまたはアクリル
酸を製造する方法に関する。より詳細には、本発明は不
活性の無水稀釈剤の存在下におけるプロピレンの接触蒸
気相酸化によりアクロレインまたはアクリル酸を製造す
る改良方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing acrolein or acrylic acid from propylene. More particularly, this invention relates to an improved process for making acrolein or acrylic acid by catalytic vapor phase oxidation of propylene in the presence of an inert anhydrous diluent.

従来技術の概要 一般に、プロピレンはその気相状で分子状酸素含有ガ
ス及び水蒸気の存在下、固形金属酸化物触媒との高温で
接触することによりアクロレインへ酸化される。この反
応段階で生成したアクロレインは回収したり、それを分
離することなしにアクロレインをアクリル酸へ酸化すべ
く第1反応器と連続して作動する第2反応器へ差し向け
たりすることができる。例えば、米国特許第4,147,885
号は反応物ガスの燃焼を回避したり、アクリル酸への選
択性を高めたりするために水蒸気を混合することが広く
行なわれているということを述べている。米国特許第3,
475,488号は、水蒸気をプロピレン又はプロピレン+ア
クロレイン1モルあたり1〜60モル、好ましくは5〜30
モル程度用いると、転化率及び選択性を高めるという理
由で水蒸気を原料の反応物ガスに混合することが望まし
いということを開示している。
SUMMARY OF THE PRIOR ART Generally, propylene is oxidized to acrolein in its gas phase in the presence of a molecular oxygen-containing gas and steam at high temperature with a solid metal oxide catalyst. The acrolein produced in this reaction step can be recovered or sent to a second reactor operating in series with the first reactor to oxidize the acrolein to acrylic acid without separating it. For example, U.S. Pat. No. 4,147,885
The publication states that steam mixing is widely practiced to avoid combustion of the reactant gases and to increase selectivity to acrylic acid. U.S. Patent No. 3,
No. 475,488 is 1-60 mol, preferably 5-30 mol of water vapor per mol of propylene or propylene + acrolein.
It discloses that it is desirable to mix water vapor into the reactant reactant gas for reasons of increasing conversion and selectivity when used in molar amounts.

また、他の特許は水蒸気が好適な希釈剤であると述べ
ている。例えば、米国特許第3,171,859号は、「水蒸気
の添加が必須であり水蒸気は希釈剤として作用するだけ
ではなく、酸化炭素への燃焼を大幅に減少させるという
点で反応を良好にする」ということを述べている。ま
た、米国特許第4,267,386号は、不活性の希釈剤を反応
系に添加し得るが、「水は水蒸気状では不飽和炭化水素
(すなわち、プロピレンまたはアクロレイン)1モルあ
たり0.5〜15モル、好ましくは2〜15モルの量で存在す
るのが望ましい」ということを当業者が一般に理解する
ことを繰り返している。
Other patents also state that steam is a suitable diluent. For example, U.S. Pat.No. 3,171,859 states that "addition of water vapor is essential and water vapor not only acts as a diluent, but also improves the reaction in that it significantly reduces combustion to carbon oxides." Says. Also, U.S. Pat. No. 4,267,386 discloses that an inert diluent can be added to the reaction system, but "water is in the form of steam in an amount of 0.5 to 15 mol, preferably 0.5 to 15 mol, per mol of unsaturated hydrocarbon (ie, propylene or acrolein). It is repeated by those skilled in the art that it is desirable to be present in an amount of 2 to 15 molar.

プロピレンを酸化することによりアクロレインを高収
率で生成させるための酸化触媒が多く開示されてきた。
主な例として、モリブデン、ビスマスおよび鉄とリン、
タングステンまたはアンチモンとの混合酸化物を含有す
る触媒がある。コバルトおよび/またはニッケルおよび
アルカリ金属は通常の助触媒である。
Many oxidation catalysts have been disclosed for producing acrolein in high yield by oxidizing propylene.
The main examples are molybdenum, bismuth and iron and phosphorus,
There are catalysts containing mixed oxides with tungsten or antimony. Cobalt and / or nickel and alkali metals are common promoters.

アクロレインを98%を越える転化率でアクリル酸へ酸
化する際に使用するのに有利であるとわかった触媒は一
般に混合金属酸化物を含有している。このような触媒は
代表的にはモリブデン、バナジウム、タングステン、ク
ロム、銅、ニオビウム、タンタルおよびアンチモンを含
有している。
The catalysts found to be advantageous for use in the oxidation of acrolein to acrylic acid with conversions above 98% generally contain mixed metal oxides. Such catalysts typically contain molybdenum, vanadium, tungsten, chromium, copper, niobium, tantalum and antimony.

上記の引用文献における教示の空極目的はプロピレン
の高い転化率でアクロレインおよびアクリル酸への高い
選択性を示す性能の高い触媒を得ることである。これら
の工程の経済性または向上性能に影響する他の要因はこ
れらの従来技術では考えられていない。例えば、従来技
術は、高いプロピレン濃度の使用工程変数に作用する影
響、爆発の危険性を回避する方法、回収および廃棄物の
処分に及ぼす反応工程の不活性原料の影響、または長い
触媒寿命にわたって高い触媒性能を維持することを述べ
ていない。これらのことはすべて商業操作には極めて重
要である。
The polar objective of the teachings in the above cited references is to obtain high performance catalysts that exhibit high selectivity to acrolein and acrylic acid at high conversions of propylene. No other factors affecting the economics or improved performance of these processes have been considered in these prior art. For example, the prior art has a high effect on the process variables of high propylene concentration, how to avoid the risk of explosion, the effect of inert feedstock of the reaction process on recovery and disposal of waste, or high over a long catalyst life. No mention is made of maintaining catalytic performance. All of these are extremely important for commercial operation.

商業操作では、水蒸気は系を通り、生成物回収工程
後、厄介な廃水負担になるので、反応器に供給される水
蒸気の存在を最小にすることが経済上重要なことであ
り;それにもかかわらず、本発明者の知るかぎり、水蒸
気対プロピレンのモル比1.5未満ではどの商業方法も好
首尾には行なわれていなかった。更に、有用な生成物か
ら分離し難い、あるいは処分についての高い経済上の不
利を伴う副生物を最少にすることが極めて重要である。
高い触媒性能をもたらすとともにプロピレン原料の使用
量を最少にする方法の改良および長い有効触媒寿命のた
めの条件を促進し得る改良が商業操作にとって重要であ
る。従来技術はこれらの論点を十分には述べていない。
In commercial operations, it is economically important to minimize the presence of water vapor fed to the reactor, as water vapor passes through the system and becomes a burdensome wastewater burden after the product recovery process; Of course, to the inventor's knowledge, no commercial process has been successfully carried out with a steam to propylene molar ratio of less than 1.5. Furthermore, it is extremely important to minimize by-products that are difficult to separate from the useful products or have high economic penalties for disposal.
Improvements in processes that result in high catalyst performance while minimizing the use of propylene feedstock and in conditions that can promote conditions for long useful catalyst life are important for commercial operation. The prior art does not fully address these issues.

米国特許第4,049,577号はアクロレインを製造するた
めの改良触媒組成物を教示している。その発明者は、生
成物の非凝縮性留分よりなる再循環ガスを水蒸気の代り
に使用することができるということを述べている。これ
らの発明者は以下のことを提案している。すなわち、こ
れらの再循環不活性物質は、プロピレンの転化率を高く
し、かくして高い収率を得ることができ、また系に及ぼ
す水の負担を減少するので、希釈剤として水蒸気より好
適であるが、再循環不活性物質の使用はこの特定の触媒
組成物の特性によって可能になるものと述べられてい
る。どこにも、この特許の提案をしておらず、あるいは
無水希釈剤が選択性または生成物混合物に高い効果を及
ぼし、あるいは他の触媒について有用であるということ
を教示していない。種々の希釈剤と選択性に及ぼす熱容
量効果との関係は提案されていない。
U.S. Pat. No. 4,049,577 teaches an improved catalyst composition for making acrolein. The inventor states that a recycle gas consisting of a non-condensable fraction of the product can be used instead of steam. These inventors propose the following. That is, these recycled inerts are preferred over steam as a diluent because they increase the conversion of propylene and thus obtain a high yield and reduce the water burden on the system. The use of recycled inerts is stated to be enabled by the properties of this particular catalyst composition. Nowhere in this patent is the proposal, or is it taught that anhydrous diluents are highly selective or product mixture effective, or useful for other catalysts. No relationship between various diluents and heat capacity effects on selectivity has been proposed.

米国特許第3,801,634号はアクロレインおよびアクリ
ル酸を製造するのに使用する第1段階および第2段階の
反応器で活性触媒と混合した不活性固形物を使用するこ
とを教示している。その発明者は、少なくとも部分的に
水蒸気の代りに使用することができる不活性希釈ガスと
して非凝縮性の第2段階の流出ガスを第1段階へ再循環
することができるということを指摘している。これらの
発明者は不活性な無水希釈剤ガスと生成物の選択性の向
上とのいずれの関係をも示していない。
U.S. Pat. No. 3,801,634 teaches the use of inert solids mixed with active catalyst in the first and second stage reactors used to produce acrolein and acrylic acid. The inventor points out that the non-condensable second stage effluent gas can be recycled to the first stage as an inert diluent gas that can be used at least partially in place of steam. There is. These inventors have not shown any relationship between inert anhydrous diluent gas and increased product selectivity.

米国特許第4,031,135号は、好ましくは水蒸気を含め
て非凝縮性ガスを第1段階の反応器、また中間段階(第
2段階)の反応器の原料に再循環する再循環式方法を提
供している。無水希釈剤を使用する際、副生物性選択混
合物に及ぼすこれらの希釈剤の効果について利点が認め
られない。しかしながら、発明者は水蒸気以外の不活性
希釈剤の使用に一部基因するアクリル酸の明らかな向上
効率を認めている。発明者はこのことが事実であること
を証明しておらず、また生成物の選択性に及ぼす熱容量
効果をも示していない。
U.S. Pat. No. 4,031,135 provides a recirculation process in which the non-condensable gas, preferably including steam, is recycled to the feedstock of the first stage reactor as well as the intermediate stage (second stage) reactor. There is. When using anhydrous diluents, no advantage is observed for the effect of these diluents on the by-product selective mixture. However, the inventor has recognized a clear improvement efficiency of acrylic acid due in part to the use of an inert diluent other than water vapor. The inventor has not proven this to be the case, nor has it shown the heat capacity effect on the selectivity of the product.

米国特許第4,365,087号は回収したアクリル酸の濃度
を高めるために不活性ガス及び反応性ガスの両方を含有
する脱水残留ガスを再循環することを述べている。とこ
ろが、発明者はこの手順を不十分と考えている。という
のは、残留ガスの組成が変動するからである。
U.S. Pat. No. 4,365,087 describes recycling a dehydration residual gas containing both an inert gas and a reactive gas to increase the concentration of recovered acrylic acid. However, the inventor considers this procedure to be insufficient. This is because the composition of the residual gas changes.

米国特許第4,442,308号はアクロレイン工程において
希釈剤として不活性ガスを使用することを教示している
が、それらの使用を特定の第1段階のアクロレイン用担
持触媒の場合に特定している。アクロレインへのプロピ
レンの酸化用のほとんどの市販触媒は純粋であり(担持
されていない)、この特許の指定製法に従っていない。
また、この特許は0.5〜7モル%の水蒸気が有利であっ
て、勧められることを請求している。この特許のどこに
も、発明者は生成物混合物についての無水希釈剤の利点
を教示しておらず、また生成物の選択性を効果的に調整
する際の主変数としての流動熱容量を述べていない。
U.S. Pat. No. 4,442,308 teaches the use of inert gases as diluents in the acrolein process, but specifies their use in the case of certain first stage supported acrolein catalysts. Most commercial catalysts for the oxidation of propylene to acrolein are pure (unsupported) and do not follow the designated process of this patent.
The patent also claims that 0.5-7 mol% steam is advantageous and recommended. Nowhere in this patent does the inventor teach the advantages of anhydrous diluents for product mixtures, nor does the flow heat capacity as a key variable in effectively adjusting the selectivity of the product. .

米国特許第4,456,006号はプロピレンからアクロレイ
ンへの反応用の触媒の製造を教示している。この特許
は、窒素希釈剤をこの触媒とともに使用すると、この窒
素希釈剤が水蒸気希釈剤以上の向上を呈することを示し
ている。この特許は生成物の選択性に及ぼす熱容量効果
を教示しておらず、また無水希釈剤を使用するときの副
生物の減少をも示していない。
U.S. Pat. No. 4,456,006 teaches the preparation of catalysts for the reaction of propylene to acrolein. This patent shows that when a nitrogen diluent is used with the catalyst, the nitrogen diluent exhibits an improvement over the steam diluent. This patent does not teach the heat capacity effect on product selectivity, nor does it show the reduction of by-products when using anhydrous diluent.

米国特許第3,717,675号は、アクロレインを水性酸か
ら排出し、採取し、反応器に戻してアクリル酸のその後
の収率を高めるアクリル酸の回収方法を述べている。こ
の特許は酸化炭素および窒素などの不活性希釈剤を使用
することを述べているが、それらの重要性を実証するこ
とについて何も述べていない。実際、選択性を高めるた
めには水蒸気を反応に添加することが必要であると述べ
ている。
U.S. Pat. No. 3,717,675 describes a method for recovering acrylic acid by discharging acrolein from aqueous acid, collecting and returning it to the reactor to enhance the subsequent yield of acrylic acid. This patent mentions the use of inert diluents such as carbon oxides and nitrogen, but nothing about demonstrating their importance. In fact, it states that it is necessary to add steam to the reaction to increase the selectivity.

米国特許第2,068,947号は、代表的な水蒸気希釈剤方
法と比較して凝縮性物質の量が低減した生成物を製造す
るのに不活性な無水希釈剤ガスを水蒸気と組合せて使用
するメタクロレインおよびメタクリル酸を製造する方法
を教示している。その発明者は無水希釈剤と酢酸の減少
との関係を認めることができず、また、種々の無水希釈
剤を使用した結果得られる選択性の向上を述べていな
い。
U.S. Pat.No. 2,068,947 discloses methacrolein using an inert anhydrous diluent gas in combination with steam to produce a product having a reduced amount of condensable materials as compared to typical steam diluent methods. It teaches a method of making methacrylic acid. The inventor cannot admit the relationship between anhydrous diluent and the reduction of acetic acid, and does not mention the improvement in selectivity that results from using various anhydrous diluents.

米国特許第4,147,885号は水蒸気が不可欠の成分であ
る再循環方法を述べている。この特許発明の目的は水蒸
気を反応器に再循環することである。これは本発明の技
術に反している。というのは、水蒸気の減少または不存
在が有利であるということが現在わかったからである。
U.S. Pat. No. 4,147,885 describes a recirculation process in which water vapor is an essential component. The purpose of this patented invention is to recycle steam to the reactor. This is contrary to the technique of the present invention. This is because it has now been found that the reduction or absence of water vapor is advantageous.

従来技術のどれも、通常使用されている触媒のうちの
いずれのもの以上に得られる生成物混合物に良好に影響
するように種々の不活性な無水希釈剤を特定の割合で使
用することを認めていない。
None of the prior art recognizes the use of various inert anhydrous diluents in specific proportions to affect the resulting product mixture better than any of the commonly used catalysts. Not not.

以上に指摘したように、プロピレンをアクロレインを
経てアクリル酸へ酸化する基本的な2段階方法は周知で
あって、文献に広く述べられてきた。また、アクリル酸
スクラッバーからの含水塔頂ガス(非凝縮性物質)を第
1反応器段階へ再循環することができることは公知であ
る。未反応プロピレンおよびアクロレインのこの再循環
により、全体収率の向上が得られることが予想できる。
このような再循環水蒸気の使用により、米国特許第4,14
7,885号に教示されているように、第1段階反応器に対
する水蒸気含有量を制御する補足手段を設けることも可
能である。その特許の方法では、第1段階の原料の水蒸
気含有量は出発反応物ガス含有物中以外の、再循環水蒸
気により得られる水蒸気すべてについて4〜30容量%で
あることが必要とされる。しかしながら、4%ほどの少
ない水蒸気の存在は不利である。この発見は従来技術で
は述べられておらず、また確認もされていなかった。
As pointed out above, the basic two-step method of oxidizing propylene through acrolein to acrylic acid is well known and has been widely described in the literature. It is also known that the hydrous overhead gas (non-condensable material) from the acrylic acid scrubber can be recycled to the first reactor stage. It is expected that this recycle of unreacted propylene and acrolein will result in an improvement in overall yield.
The use of such recirculating steam allows for the use of U.S. Pat.
It is also possible to provide supplementary means for controlling the steam content to the first stage reactor, as taught in 7,885. The method of that patent requires that the steam content of the first stage feed be between 4 and 30% by volume for all steam obtained by the recycle steam except in the starting reactant gas inclusions. However, the presence of water vapor as low as 4% is disadvantageous. This finding has not been described or confirmed in the prior art.

発明の概要 本発明は2つの別々だが、関連した概念、すなわち、
方法に及ぼす水の負担を低減すべき水蒸気の減少または
排除と、所望の生成物の生成量を最大にすべき選択性の
向上を包含する。これらの結果の両方は、従来技術の方
法で慣例的に使用されていた水蒸気希釈剤のいくらかあ
るいはすべてに代わって、所定範囲の熱容量を有する無
水稀釈剤(任意に最少量の水蒸気を含有する)を使用す
ることによって達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises two separate but related concepts:
It includes reducing or eliminating water vapor to reduce the water burden on the process and improving selectivity to maximize the yield of the desired product. Both of these results indicate that some or all of the water vapor diluents customarily used in the prior art methods have anhydrous diluents with a range of heat capacity (optionally containing a minimum amount of water vapor). Is achieved by using.

好適な具体例では、工程からの非凝縮性ガスの一部、
例えば、アクリル酸スクラッバーからの塔頂留出物の一
部を第1段階の反応器の原料流に再循環して上記原料流
中の水蒸気の少なくともいくらかの代わりとする。
In a preferred embodiment, a portion of the non-condensable gas from the process,
For example, a portion of the overhead distillate from the acrylic acid scrubber is recycled to the first stage reactor feed stream to replace at least some of the steam in the feed stream.

本発明の方法は連合式プロピレン−アクロレイン−ア
クリル酸方法にだけではなく、個別式アクロレイン−ア
クリル酸方法、あるいはプロピレン−アクリル酸方法の
アクロレイン−アクリル酸工程(leg)にも適用するこ
とができることが理解されよう。かくして、第1段階の
プロピレン−アクロレイン反応器からの生成物流の一部
をアクロレイン回収工程に送ることができ、アクロレイ
ンスクラッバー系からの非凝縮性塔頂ガスのいくらかあ
るいはすべてを希釈剤としてプロピレン−アクリル酸工
程の第1段階および/または第2段階へ再循環すること
ができる。
The method of the present invention can be applied not only to the associative propylene-acrolein-acrylic acid method, but also to the individual acrolein-acrylic acid method or the acrolein-acrylic acid step (leg) of the propylene-acrylic acid method. Be understood. Thus, a portion of the product stream from the first stage propylene-acrolein reactor can be sent to the acrolein recovery process, with some or all of the non-condensable overhead gas from the acrolein scrubber system as the diluent. It can be recycled to the first and / or second stage of the acrylic acid process.

発明の説明 本発明により、無水希釈剤ガスを使用してプロピレン
酸化反応における水蒸気を減少させるかあるいは完全に
水蒸気の代わりをし、それによりアクロレインおよびア
クリル酸を効率ほく製造することができるということが
発見された。(本発明のためには、希釈剤は反応段階で
これに存在しても反応しない任意のガスである)。さら
に、水蒸気希釈剤に代わって無水希釈剤を使用すると、
2種の主な副生物、すなわち、アセトアルデヒドおよび
酢酸は著しく減少する。副生物のこれらの減少は特に重
要である。というのは、アセトアルデヒドは回収操作に
おいてアクロレインから分離し難く、従って生成物を販
売用に精製する際に経済上の不都合を引き起すからであ
る。同様に、酢酸およびアクリル酸は互いに分離し難
い。販売可能な品質のアクリル酸を製造するためには、
酢酸をより完全に除去するのにかなりのエネルギを必要
とする。更に、酢酸分離工程はアクリル酸の回収損失を
引き起し、酢酸を処理するための廃棄物処分コストが高
い、本発明はアクロレイン回収およびアクリル酸回収の
両方について酢酸処理コストを低減して分離コストを減
小させるための手段を提供し、既存の設備により良好な
分離を行い、もってアクリル酸の回収損失を防ぎかつ品
質のより高い精製製品の可能性をもたらすことができ
る。
DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the present invention, anhydrous diluent gas can be used to reduce or completely replace steam in the propylene oxidation reaction, thereby efficiently producing acrolein and acrylic acid. Was discovered. (For the purposes of the present invention, a diluent is any gas which does not react when present in the reaction stage). Moreover, using anhydrous diluent instead of steam diluent,
Two major by-products, acetaldehyde and acetic acid, are significantly reduced. These reductions in by-products are especially important. Because acetaldehyde is difficult to separate from acrolein in the recovery operation, thus causing economic inconvenience in purifying the product for sale. Similarly, acetic acid and acrylic acid are difficult to separate from each other. In order to produce acrylic acid of salable quality,
Significant energy is required to remove acetic acid more completely. Furthermore, the acetic acid separation step causes a recovery loss of acrylic acid, and the waste disposal cost for processing acetic acid is high. The present invention reduces the acetic acid processing cost for both acrolein recovery and acrylic acid recovery, and the separation cost It is possible to provide a means for reducing the above-mentioned problems, to perform a good separation by using the existing equipment, thereby preventing the recovery loss of acrylic acid and providing the possibility of a higher quality refined product.

本発明の他の解決策の発見は、反応物ガス混合物の熱
容量の流動を高めることにより、有用生成物の収率を著
しく高めることができるという点である。熱容量は、比
較的高い複合熱容量(ここに明示するような)を有し、
比較的高いモル熱容量の1種以上のガスよりなる無水希
釈剤を導入することによって高められる。流動熱容量は
無水希釈剤の複合熱容量プラス反応物の熱容量、すなわ
ち、全ガス流の複合熱容量である。しかしながら、この
流動熱容量は反応の結果、あまり変化いない。というの
は、種々の反応生成物は反応物の熱容量より高い熱容量
を有しており、或る生成物はより低い熱容量を有してい
る。一般に、流動熱容量は、反応の結果、約1より多い
熱容量単位だけ変化することが期待されない。かくし
て、希釈剤の複合熱容量は工程制御のための主変数であ
る。
The discovery of another solution of the invention is that by increasing the heat capacity flow of the reactant gas mixture, the yield of useful products can be significantly increased. The heat capacity has a relatively high composite heat capacity (as specified here),
It is enhanced by introducing an anhydrous diluent consisting of one or more gases of relatively high molar heat capacity. Flow heat capacity is the combined heat capacity of anhydrous diluent plus the heat capacity of the reactants, ie, the combined heat capacity of the entire gas stream. However, this flow heat capacity does not change much as a result of the reaction. For, various reaction products have higher heat capacities than the heat capacities of the reactants, and some products have lower heat capacities. In general, the flow heat capacity is not expected to change by more than about 1 heat capacity unit as a result of the reaction. Thus, the combined heat capacity of the diluent is the main variable for process control.

反応原料ガス混合物の熱容量が増大すると、アクロレ
インへの収率およびアクロレイン+アクリル酸が増大
し、かつ引火性ガスの範囲が狭くなって生産性のより高
い操作を可能にする。同時に、発熱反応熱による触媒床
のピーク温度は低くなり、放出される反応熱は大部分の
ガス流により効率的に吸収される。これにより、触媒ペ
レット構造体内の熱応力を低下させて触媒の孔内の可能
な炭素堆積を減小させることによって、および圧力降下
を低下させる(何故なら、所定の生産レベルを満たすの
に必要な反応ガス原料のより低い容積流があるためであ
る)ことによって触媒の寿命を長くするはずである。
Increasing the heat capacity of the reactant gas mixture increases the yield to acrolein and acrolein + acrylic acid, and narrows the flammable gas range, allowing for more productive operations. At the same time, the peak temperature in the catalyst bed due to the exothermic heat of reaction is lowered and the heat of reaction released is efficiently absorbed by most of the gas stream. This reduces thermal stress in the catalyst pellet structure to reduce possible carbon deposition in the catalyst pores and reduces pressure drop (because it is necessary to meet a given production level). This is due to the lower volumetric flow of the reaction gas feedstock), which should prolong the life of the catalyst.

本発明は希釈剤ガスおよび未反応プロピンを再循環し
て反応器に戻すのに有利である。生じた低い流れを含有
する生成物流は豊富な非凝縮性希釈剤源をなすので、有
用な生成物の分離は簡単になる。これはアクロレイン回
収には特に有利である。というのは、水より揮発性にあ
るアクロレインを希釈剤の損失なしに反応で生成した水
から効率的に分離することができるからである。アクロ
レインと比較して揮発性のより高い無水希釈剤を使用す
ることによって、本発明は、反応器に戻す希釈剤、未反
応プロピレンおよび未回収アクロレインの再循環を伴う
アクロレイン回収系の操作を行ってなお一層の効率の利
得およびコストの低下を可能にする。水蒸気希釈剤を使
用するこのような系は従来技術のアクロレイン回収設備
および手法を採用するときには可能ではない。また、酢
酸およびアクリル酸などの成分および他の少量の重質副
生物を再循環流から追い出す再循環方法を実施すること
ができる。これは、酸および重質副生物が触媒の寿命に
悪影響すると思われるので重要であり、さらに再循環の
取扱い上の問題、例えば、コンプレッサの腐食を最小に
するのを助ける。
The present invention is advantageous in recycling diluent gas and unreacted propyne back into the reactor. The resulting low stream containing product stream provides a rich source of non-condensable diluent, thus simplifying the separation of useful products. This is particularly advantageous for acrolein recovery. This is because acrolein, which is more volatile than water, can be efficiently separated from the water produced in the reaction without loss of diluent. By using a more volatile anhydrous diluent compared to acrolein, the present invention operates an acrolein recovery system with recycling of diluent back to the reactor, unreacted propylene and unrecovered acrolein. It enables further efficiency gain and cost reduction. Such systems using steam diluents are not possible when employing prior art acrolein recovery equipment and techniques. It is also possible to carry out a recycling process in which components such as acetic acid and acrylic acid and other small amounts of heavy by-products are expelled from the recycle stream. This is important as acids and heavy by-products are likely to adversely affect catalyst life, and further helps minimize recycle handling issues such as compressor corrosion.

この方法の原料の組成は引火性ガス混合物を形成しな
いように構成されなければならない。本発明によれば、
出発反応物ガス混合物は代表的には第1段階の触媒1リ
ットルあたり約16gモルまで、好ましくは約10gモルまで
のプロピレン、プロピレン1モルあたり約1.1〜約2.1モ
ルの分子状酸素、および原料流約40〜約94容量%を含有
してなる不活性希釈剤ガスを含有する。複合希釈剤対プ
ロピレンのモル比は約2〜約32の範囲にあるのが望まし
い。希釈剤ガスは代表的には窒素、二酸化炭素、メタ
ン、エタン、プロパンおよび水蒸気の混合物よりなる
が、任意の他の不活性ガスを含むこともできる。いくつ
かの他の有用な不活性ガスを挙げると、ヘリウム、アル
ゴン、水素、飽和炭化水素ガス、N2Oおよび一酸化炭素
がある。本発明において、水蒸気を使用する場合、水蒸
気の量はプロピレン1モルあたり約0.4モル未満、好ま
しくは0〜約0.3モル程度であるべきである。不活性希
釈剤はプロピレンおよび分子状酸素と組合せた場合、引
火性混合物を回避するのに十分な量であるべきである。
分子状酸素源として、空気または酸素を使用することが
できる。もちろん、空気を使用すれば、含有窒素は補足
希釈剤として働く。
The raw material composition of this process must be configured so that it does not form a flammable gas mixture. According to the present invention,
The starting reactant gas mixture is typically up to about 16 gmol, preferably up to about 10 gmol of propylene per liter of first stage catalyst, from about 1.1 to about 2.1 mol of molecular oxygen per mole of propylene, and a feed stream. It contains an inert diluent gas which comprises from about 40 to about 94% by volume. Desirably, the molar ratio of complex diluent to propylene is in the range of about 2 to about 32. The diluent gas typically consists of a mixture of nitrogen, carbon dioxide, methane, ethane, propane and steam, but can also include any other inert gas. Some other useful inert gases are helium, argon, hydrogen, saturated hydrocarbon gases, N 2 O and carbon monoxide. If steam is used in the present invention, the amount of steam should be less than about 0.4 moles, preferably about 0 to about 0.3 moles per mole of propylene. The inert diluent should be sufficient to avoid flammable mixtures when combined with propylene and molecular oxygen.
Air or oxygen can be used as a molecular oxygen source. Of course, if air is used, the nitrogen content acts as a supplemental diluent.

各希釈剤ガス混合物ごとに、実験で定めることがで
き、かつ酸素、プロピレンおよび引火性混合物が存在す
る希釈剤よりなる制限組成を示す関係が存在する。ほと
んどの商業用途は「燃料に富む」態様で実施され、それ
により酸素含有量は引火性の観点から制限因子である。
プロピレンの濃度は触媒の性能によりおよび商業上のコ
スト有効性の因子により定められる。
For each diluent gas mixture, there is a relationship that can be determined experimentally and that represents a limiting composition consisting of oxygen, propylene and a diluent in which the flammable mixture is present. Most commercial applications are carried out in a "fuel rich" manner, whereby oxygen content is a limiting factor in terms of flammability.
The concentration of propylene is determined by the performance of the catalyst and factors of commercial cost effectiveness.

複合熱容量の高い希釈剤ガス混合物は引火性ガス範囲
の収縮により操作範囲を広くする傾向があるので、高い
プロピレン濃度が可能であるというのが本発明の独特の
利点である。本発明の方法を使用して約30モル%ほどの
高い第1段階プロピレン原料の濃度を達成できるという
ことが理論化される。
It is a unique advantage of the present invention that a high propylene concentration is possible because a high complex heat capacity diluent gas mixture tends to have a wider operating range due to shrinkage of the flammable gas range. It is theorized that high levels of first stage propylene feed, as high as about 30 mol% can be achieved using the process of the present invention.

原料組成の近似範囲は上述の一般化操作制限に基づい
て定められる。下記範囲の第1段階原料が特に有用であ
る: プロピレン:第1段階触媒1リットルあたり0〜16g
モル、好ましくは0〜10gモル; 酸素:O2/C3H6比が1.1:2.1であり、従って、第1段
階触媒1リットルあたり0〜33.6gモル、好ましくは0
〜21gモル; 希釈剤:希釈剤/C3H6比が2.0〜32、好ましくは3.5〜
12である。
The approximate range of the raw material composition is determined based on the above generalized operation restrictions. The following ranges of first stage feedstocks are particularly useful: Propylene: 0-16 g per liter of first stage catalyst.
Mol, preferably 0~10g mole; oxygen: O 2 / C 3 H 6 ratio of 1.1: A 2.1, therefore, the first stage catalyst 0~33.6g moles per liter, preferably 0
~21g mol; diluent: diluent / C 3 H 6 ratio of 2.0 to 32, preferably 3.5 to
Twelve.

本発明の方法は、従来技術の多くがそうであるように
いずれか特定の触媒によるものではなく、えり抜きの任
意の触媒の場合に利点をもたらすという点で特に有利で
ある。米国特許第3,825,600号;第3,649,930号および第
4,339,355号に開示されているものなどの任意のモリブ
デン、ビスマス、鉄をベースとする混合金属酸化物触媒
をアクロレインへのプロピレン酸化反応器に使用するこ
とができる。アクリル酸へのプロピレン酸化(すなわ
ち、アクリル酸反応へのアクロレイン酸化)の第2段階
には、米国特許第3,775,474号;第3,954,855号;第3,89
3,951号および第4,339,355号に記載のようなMo,Vをベー
スとする混合金属酸化物触媒を効果的に使用することが
できる。
The method of the present invention is particularly advantageous in that it does not rely on any particular catalyst as much of the prior art does, but in the case of any catalyst of choice. U.S. Pat. Nos. 3,825,600; 3,649,930 and
Any molybdenum, bismuth, iron-based mixed metal oxide catalyst such as those disclosed in 4,339,355 can be used in the propylene oxidation reactor to acrolein. The second stage of propylene oxidation to acrylic acid (ie, acrolein oxidation to acrylic acid reaction) is described in US Pat. Nos. 3,775,474; 3,954,855; 3,89
Mixed metal oxide catalysts based on Mo, V as described in 3,951 and 4,339,355 can be effectively used.

一般反応条件は狭くは限定されず、当業界では公知な
条件である。第1段階反応は250℃〜約450℃の温度で起
こるが、約300℃〜約400℃の温度が好ましい。第2段階
反応は約200℃〜約450℃の温度を必要とするが、好まし
い範囲は約250℃〜約375℃である。
The general reaction conditions are not narrowly limited and are known in the art. The first stage reaction occurs at temperatures of 250 ° C to about 450 ° C, with temperatures of about 300 ° C to about 400 ° C being preferred. The second stage reaction requires temperatures from about 200 ° C to about 450 ° C, with a preferred range of about 250 ° C to about 375 ° C.

約1〜約4気圧の操作圧力が代表的であるが、大気圧
以下、大気圧または大気圧以上であろうと、あらゆる操
作圧力の場合にこの方法の改良が適用される。好ましい
商業操作態様は圧力を最小にするが、圧力は代表的には
系圧降下の制限により2〜3atmの範囲に保たれる。
Operating pressures of about 1 to about 4 atmospheres are typical, but improvements of this process apply for all operating pressures, whether below atmospheric pressure, atmospheric pressure or above atmospheric pressure. Although the preferred commercial mode of operation minimizes pressure, pressure is typically maintained in the range of 2-3 atm due to system pressure drop limitations.

流量は約0.5〜約15秒の接触時間の範囲で変化するこ
とができるが、代表的な商業流量は約1.5〜約4.0秒の接
触時間をもたらす。約1.7〜約3.0の接触時間が好まし
い。
Flow rates can range from about 0.5 to about 15 seconds contact time, while typical commercial flow rates provide about 1.5 to about 4.0 seconds contact time. Contact times of about 1.7 to about 3.0 are preferred.

以上に指摘したように、無水希釈剤ガスの適切な熱容
量の選択は、本発明の適切な性能にとっては制限され
る。希釈剤ガス流は数種の個々のガスの混合物よりなる
ので、全流れについての複合熱容量によるのが有利であ
る。語「複合熱容量」とは、ここで使用する場合、希釈
剤ガス混合物中の各ガスの容積率とその熱容量との積の
合計を意味する。(熱容量とは、ここで言う場合、複合
熱容量の定義のために330℃で測定される理想のガス熱
容量である。)第1段階反応器へ流れる希釈剤ガスにつ
いての複合熱容量は少なくとも約6.5カロリー/gモル
(℃)好ましくは少なくとも8カロリー/gモル(℃)で
ある。この値より低いと、本発明の生成物の選択性の利
点が最小となる。複合熱容量についての上限で公知なも
のはないが、約40の値より高い場合、処理流への反応熱
の吸収により回収できない熱損失があることがあり、経
済上不利であるということが理論化される。また、第1
段階反応器の出口における後燃焼が増すという問題があ
る。複合熱容量を約8〜20、最も好ましくは約10〜17の
範囲に保つのが好ましい。
As pointed out above, the selection of a suitable heat capacity for anhydrous diluent gas is limited to proper performance of the present invention. Since the diluent gas stream consists of a mixture of several individual gases, it is advantageous to have a combined heat capacity for the total stream. The term "combined heat capacity" as used herein means the sum of the product of the volume fraction of each gas in the diluent gas mixture and its heat capacity. (Heat capacity, as used herein, is the ideal gas heat capacity measured at 330 ° C. for the definition of composite heat capacity.) The composite heat capacity for the diluent gas flowing to the first stage reactor is at least about 6.5 calories. / gmol (° C) preferably at least 8 calories / gmol (° C). Below this value, the selectivity advantage of the products of the invention is minimized. Although there is no known upper limit for the combined heat capacity, it is theorized that if it is higher than about 40, there may be unrecoverable heat loss due to absorption of reaction heat into the process stream, which is economically disadvantageous. To be done. Also, the first
There is the problem of increased afterburning at the exit of the staged reactor. It is preferred to keep the combined heat capacity in the range of about 8-20, most preferably about 10-17.

第2段階反応器の原料ガスの流動熱容量は主として第
1段階反応器へ供給される無水希釈剤ガスの選択により
定められる。第1段階生成物混合物は第2段階原料の流
動熱容量にほんの少し影響するだけである。というの
は、生成物は全流れの容積のほんの約10%〜20%を占る
だけであるからである。例えば、プロピレン7%および
酸素13%での代表的な操作では、水に加えて、アクロレ
イン、アクリル酸、アセトアルデヒド、酢酸および酸化
炭素を生じる。原料プロピレン/酸素の平均熱容量を生
じる生成物の平均熱容量とほとんど同じである(生成物
対反応物については、ほぼ0.65cal/gモル(0℃)以上
である)。
The flow heat capacity of the feed gas in the second stage reactor is primarily determined by the choice of anhydrous diluent gas fed to the first stage reactor. The first stage product mixture only slightly affects the flow heat capacity of the second stage feed. The product occupies only about 10% to 20% of the total flow volume. For example, a typical operation with 7% propylene and 13% oxygen yields acrolein, acrylic acid, acetaldehyde, acetic acid and carbon oxide in addition to water. It is almost the same as the average heat capacity of the product resulting in an average heat capacity of propylene / oxygen feedstock (approximately 0.65 cal / g mol (0 ° C) or higher for product vs. reactant).

本発明の無水希釈剤ガスは、或る規準が認められれ
ば、単一のガスまたは多成分ガス混合物であることがで
きる。各ガスはこの方法の酸化反応に対して不活性でな
ければならなく、そして非凝縮であって、反応生成物か
ら容易に分離可能でなければならない。
The anhydrous diluent gas of the present invention can be a single gas or a multi-component gas mixture, subject to certain criteria. Each gas must be inert to the oxidation reaction of the process and must be non-condensing and easily separable from the reaction products.

各プラントの据付けには、プラント全体についてのエ
ネルギ使用量に影響する特定の制限があるので、現在の
熱回収法を変える特定の希釈剤を使用する場合、プラン
トのエネルギバランスに及ぼす衝撃に注意しなければな
らない。例えば、熱容量の高い希釈剤は反応により発生
する熱の多くを保有するのに対して、反応熱を除去した
り回収したりするのにそのときの浴の温度に多く依存し
ている。更に、排ガスを燃焼により処分する場合、熱の
回収は希釈剤の主変化により影響される。
Because each plant installation has certain limitations that affect energy usage for the entire plant, be aware of the impact on plant energy balance when using certain diluents that alter current heat recovery methods. There must be. For example, a high heat capacity diluent carries much of the heat generated by the reaction, while it relies heavily on the temperature of the bath to remove and recover the heat of reaction. Furthermore, when the exhaust gas is disposed of by combustion, the heat recovery is affected by the main changes in the diluent.

また、触媒毒、例えば、二酸化イオウや、反応して望
ましくない副生物となるガス、例えば、C4不飽和化合物
またはアクリロニトリルを生じるNH3を避けるべきであ
る。
Also, catalyst poisons, such as sulfur dioxide, and gases that react with undesired by-products, such as NH 3 to form C 4 unsaturated compounds or acrylonitrile, should be avoided.

本発明の他の利点として、第1段階の原料中に代表的
に含有される水蒸気成分を最小にすることができ、ある
いはなくすことさえできる。当業者の間で、水蒸気の正
確な機能、例えば、水蒸気がほんとうに不活性な希釈剤
であるかどうか、あるいは水蒸気がプロピレン及びアク
ロレインの酸化にどういうわで関与するかどうかについ
て論議がなされているが、第1段階および第2段階の反
応を首尾よく行うために可成りの濃度の水蒸気を必要と
することが当業界における受入れられた慣例である。当
業界のこの固守に反して、発明者の恐るべき発見として
は、水蒸気を望ましくは最小にするが、全くなすことも
できる。これは、水蒸気を本発明の所定の複合熱容量の
不活性ガス希釈剤に替えることによって達成される。従
って、原料ガスの水蒸気含有量を本質的にゼロにするこ
とができるということがわかった。好ましいわけではな
いが、原料ガスの水蒸気含有量は原料ガスの約3容量%
位に及ぶことができる。原料流の水蒸気含有量を約2容
量%未満、より好ましくは約1容量%未満に保つのが好
ましい。
Another advantage of the present invention is that the steam components typically contained in the first stage feedstock can be minimized or even eliminated. There is debate among those skilled in the art as to the exact function of water vapor, for example, whether water vapor is a truly inert diluent or whether water vapor is involved in the oxidation of propylene and acrolein. However, it is an accepted practice in the art that a significant concentration of water vapor is required to successfully carry out the first and second stage reactions. Contrary to this adherence in the art, the inventor's formidable finding is that water vapor is desirably minimized, but can be done altogether. This is accomplished by replacing the steam with an inert gas diluent of the given composite heat capacity of the present invention. Therefore, it was found that the water vapor content of the raw material gas can be made essentially zero. Although not preferred, the water vapor content of the source gas is about 3% by volume of the source gas.
Can reach ranks. It is preferred to keep the steam content of the feed stream below about 2% by volume, more preferably below about 1% by volume.

本発明の絶対必要条件ではないが、使用する不活性希
釈剤ガスは、少なくとも一部が工程内から本質的に無水
の再循環流であることが非常に好ましい。好ましくは、
この再循環流は水およびアクリル酸を生成物混合物から
取り除くアクロレインまたはアクリル酸回収クスラッバ
ー列からの非凝縮性の塔頂ガス混合物の一部よりなる。
詳細には、軽沸点の無水希釈剤を使用することによりア
クロレイン回収工程からの再循環を可能にする。現在の
アクロレイン分離効率の損失を回収したり、未転化プロ
ピレンを再び使用したりし得る有利な系を与えることに
加えて、アクロレイン回収工程からの工程ガスを再循環
することが従来技術で述べられているようなアクリル酸
回収工程から工程ガスを再循環することにとって望まし
くかつ有利である。
Although not an absolute requirement of the present invention, it is highly preferred that the inert diluent gas used is at least in part from the process an essentially anhydrous recycle stream. Preferably,
This recycle stream consists of a portion of the non-condensable overhead gas mixture from the acrolein or acrylic acid recovery xrabber train that removes water and acrylic acid from the product mixture.
In particular, the use of a light boiling anhydrous diluent allows for recycle from the acrolein recovery process. In addition to providing an advantageous system in which the current loss of acrolein separation efficiency can be recovered and the unconverted propylene reused, recycling of process gas from the acrolein recovery process is described in the prior art. It is desirable and advantageous to recycle process gas from such acrylic acid recovery processes.

これらのスクラッバーからの水蒸気保有塔頂留出物を
最小にするためには、これらのスクラッバーを表1に示
す条件の範囲内で運転するべきである。
In order to minimize steam retaining overhead distillates from these scrubbers, these scrubbers should be operated within the conditions shown in Table 1.

ほとんどの操作条件下で、パージ流を取り除くことが
必要であり、このパージ流の大きさおよび位置は使用す
る特定の方法により定められる。純酸素を酸素源として
使用すれば、パージは比較的少ない。空気を酸素源とし
て使用すれば、不活性物質、例えば窒素の堆積があるの
で、可成りのパージを必要とし、所望の複合熱容量を維
持するように制御する。純酸素(すなわち、不活性ガス
の実質濃度を負わされない酸素)を使用することによ
り、窒素の熱容量より高い熱容量を有する希釈剤を最大
にし得る。これにより、パージを最小し、もってパージ
により可成り損失する場合には希釈剤として使用するに
は高価すぎるかも知れないプロパンのような熱容量の高
いガスを使用することができる。
Under most operating conditions, it will be necessary to remove the purge stream, the size and location of which is determined by the particular method used. If pure oxygen is used as the oxygen source, the purge is relatively low. When air is used as the oxygen source, there is a build up of inerts, such as nitrogen, which requires significant purging and is controlled to maintain the desired combined heat capacity. By using pure oxygen (ie, oxygen that is not inflicted with a substantial concentration of inert gas), one can maximize the diluent with a higher heat capacity than that of nitrogen. This allows for the use of high heat capacity gases such as propane which may be too expensive to be used as diluents if the purge is minimized and thus the purging results in significant losses.

下記の実施例では、代表的な市販反応器管寸法の単一
の管状反応容器2ヶよりなるパイロット規模の反応器系
統で種々の希釈剤を試験した。第1反応器管は上記のよ
うに第1段階触媒の代表的なモリブデン、ビスマス、鉄
および数種の助触媒金属よりなる市販触媒を収容してい
た。第2反応器管は、上記のものに類似した市販の第2
段階触媒が充填されかつ第1反応器管と直列に連結され
ていた。ガス状の反応生成物をサンプリングし、そして
凝縮性部分と非凝縮性部分とに分離した。各相のサンプ
ルをガスクロマトグラフにより測定して分析した。その
結果得た測定値を使用して反応収率およびプロピレン転
化率を算出した。これらのサンプリング手順は第1段階
生成物および第2段階生成物ごとに行ったので、アクロ
レイン生成についての工程性能およびアクリル酸生成に
ついての工程性能の両方とも測定した。
In the examples below, various diluents were tested in a pilot scale reactor system consisting of two single tubular reaction vessels of typical commercial reactor tube size. The first reactor tube contained a commercial catalyst consisting of molybdenum, bismuth, iron and some cocatalyst metals typical of the first stage catalyst as described above. The second reactor tube is a commercially available second reactor tube similar to that described above.
The staged catalyst was packed and connected in series with the first reactor tube. The gaseous reaction product was sampled and separated into a condensable part and a non-condensable part. A sample of each phase was measured and analyzed by a gas chromatograph. The reaction yield and the propylene conversion rate were calculated using the measured values obtained as a result. Since these sampling procedures were performed for each of the first stage product and the second stage product, both process performance for acrolein production and process performance for acrylic acid production were measured.

実験を統計的企画で設定し、同統計的企画を数種の希
釈剤について使用した。これらの希釈剤としては、窒
素、二酸化炭素、メタン、プロパンおよび水蒸気であっ
た。
The experiment was set up with a statistical design, which was used for several diluents. These diluents were nitrogen, carbon dioxide, methane, propane and steam.

追加の調査としては、非凝縮性生成物流の一部を第2
段階反応器から再循環することによって得られる希釈剤
ガス流とともに新鮮な空気およびプロピレンを反応器に
供給する一連の再循環運転で希釈剤ガスの複合熱容量を
系統的に変えた一組の統計的企画の実験を含んでいた。
For additional research, a portion of the non-condensable product stream is
A set of statistically systematic changes in the combined heat capacity of the diluent gas in a series of recirculation runs that feed fresh air and propylene to the reactor with the diluent gas stream obtained by recirculating from the staged reactor. It included planning experiments.

企画した実験の組すべてにおいて、プロピレン7.0モ
ル%、空気60.2モル%および希釈剤32.6モル%の規範の
反応原料濃度を使用した。希釈剤は水蒸気プラス無水希
釈剤添加物よりなるものであった。水蒸気対無水希釈剤
添加物の比を下記の企画で述べるように変化させた。
Normative reactant concentrations of 7.0 mol% propylene, 60.2 mol% air and 32.6 mol% diluent were used in all the experimental sets designed. The diluent consisted of steam plus anhydrous diluent additive. The ratio of water vapor to anhydrous diluent additive was varied as described in the project below.

実験は4っの中心点のある23階乗企画で行った。独立
の変数は第1段階の温度、空間速度および原料の水蒸気
濃度であった。原料のプロピレン濃度(7モル%)およ
び原料の空気対プロピレン濃度比(8.6)を系圧および
第2段階操作条件と同様に固定した。実験装置の主目的
は無水希釈剤および水蒸気の種々の濃度についての第1
段階(アクロレイン)触媒の性能を示すことである。企
画組の実験を下記に略述する。
The experiment was carried out in the 2 3 factorial planning with a central point of Tsu 4. The independent variables were the first stage temperature, space velocity and water vapor concentration of the feed. The propylene concentration (7 mol%) of the raw material and the air-to-propylene concentration ratio (8.6) of the raw material were fixed in the same manner as the system pressure and the second stage operating conditions. The main purpose of the experimental equipment is the first for various concentrations of anhydrous diluent and water vapor.
It is to show the performance of the stage (acrolein) catalyst. The experiments of the planning group are outlined below.

語「推定」とは、空気、プロピレンおよび水蒸気の混
合物に添加された希釈剤ガスを意味している。この数字
は空気原料中に存在する窒素希釈剤を考慮してのもので
はない。
The term "estimated" means a diluent gas added to a mixture of air, propylene and steam. This number does not take into account the nitrogen diluent present in the air feed.

基本的企画組の実験に加えて、水蒸気0%の2っの実
験を実験空間の範囲外の箇所で行った。組成曲線実験を
水蒸気0%および空間速度を1600hr-1で行った。いくつ
かの追加試験を行って熱点温度の観察を実証した。残留
分散の最小のベスト・ライン・フィットを示す線状回帰
模範例が形成された。各々の基因する独立変数について
のt比は、その重みについて、標準統計的計算に基づい
て少なくとも95%の信頼限界がある。ほとんどの変数
は、模範等式に含まれる場合、99%の信頼限界を有して
いた。一般に、等式はデータに非常によく適合してい
た。
In addition to the experiments of the basic planning group, two experiments with 0% steam were conducted outside the experimental space. Composition curve experiments were carried out at 0% steam and 1600 hr -1 space velocity. Several additional tests were performed to demonstrate the observation of hot spot temperatures. A linear regression paradigm was formed showing the best line fit with minimal residual variance. The t-ratio for each underlying independent variable has a confidence bound for its weight of at least 95% based on standard statistical calculations. Most variables had a confidence limit of 99% when included in the model equation. In general, the equations fit the data very well.

語「転化率」、「収率」、「選択性」、「空間速度」
および「接触時間」は次の如く定義される。
The words "conversion", "yield", "selectivity", "space velocity"
And "contact time" are defined as follows.

*標準温度および圧力(すなわち、0℃および1atm)に
調節された流量。
* Flow rate adjusted to standard temperature and pressure (ie 0 ° C and 1 atm).

実施例 下記の実施例は本発明を例示するものであって、本発
明を何ら限定しようとするものではない。これらの実施
例において、すべての濃度はモル%である。
Examples The following examples are illustrative of the invention and are not intended to limit the invention in any way. In these examples, all concentrations are mol%.

実施例1 パイロットプラントの反応器管のための実験装置は上
記の如くであった。この実験装置は、各々が上記のよう
に適切な触媒を充填した1つの管よりなる2つの同じ管
状反応器よりなるものであった。各管を取囲んでいるジ
ャケットには、循環して反応熱を除去する伝熱流体が充
填されていた。熱電対および試料用じゃ口を各反応器の
長さに沿って各反応器の底部に設けておいた。質量流量
計を使用してガス原料を計量して第1反応器に供給し
た。次いで、第1段階流出物を直接第2段階反応器の中
へ導いた。第2段階流出物の凝縮性部分を水系スクラッ
バーから液状排出流として回収した。非凝縮性ガスをス
クラッバーの頂部から導出し、所望なら、反応器に戻し
て追加の希釈剤ガスを供給する。系の反応器原料圧力を
制御するために系の出口圧力を7psigに制御した。プロ
ピレン原料濃度を7.0%に設定し、空気の原料濃度を60.
2%に設定した。追加の(空気原料中の窒素に対する)
原料ガス希釈剤は窒素2.6%および水蒸気30%を含有し
ていた。(また、プロピレン中には不活性不純物約0.2
%が存在していた。)系の出口圧力を7psigに設定し、
反応器の温度を320℃に調節した。結果を表1に示す。
Example 1 The experimental setup for the pilot plant reactor tubes was as described above. The experimental setup consisted of two identical tubular reactors each consisting of one tube packed with the appropriate catalyst as described above. The jacket surrounding each tube was filled with a heat transfer fluid that circulated to remove heat of reaction. A thermocouple and sample tap were provided along the length of each reactor at the bottom of each reactor. The gas feedstock was metered using a mass flow meter and fed to the first reactor. The first stage effluent was then passed directly into the second stage reactor. The condensable portion of the second stage effluent was recovered from the aqueous scrubber as a liquid effluent stream. Non-condensable gas is withdrawn from the top of the scrubber and, if desired, returned to the reactor to provide additional diluent gas. The system outlet pressure was controlled at 7 psig to control the system reactor feed pressure. The propylene raw material concentration is set to 7.0% and the air raw material concentration is 60.
It was set to 2%. Additional (relative to nitrogen in air feed)
The source gas diluent contained 2.6% nitrogen and 30% steam. (In addition, about 0.2
% Was present. ) Set the system outlet pressure to 7 psig,
The reactor temperature was adjusted to 320 ° C. The results are shown in Table 1.

実施例2 追加の希釈剤原料が窒素12.6%および水蒸気20%を含
有していた以外は、実施例1をくり返した。結果を表1
に示す。
Example 2 Example 1 was repeated, except that the additional diluent feed contained 12.6% nitrogen and 20% steam. The results are shown in Table 1.
Shown in

実施例3 希釈剤原料は窒素を22.6%および水蒸気を10%とした
以外は、実施例1をくり返した。
Example 3 Example 1 was repeated except that the diluent raw material was nitrogen at 22.6% and steam at 10%.

実施例4 希釈剤ガスとして窒素を32.6%および水蒸気を0%と
した以外は、実施例1をくり返した。温度を調節して9
4.5%の第1段階のプロピレン転化率を得た。
Example 4 Example 1 was repeated except that the diluent gas was 32.6% nitrogen and 0% steam. Adjust the temperature 9
A first stage propylene conversion of 4.5% was obtained.

実施例5〜8 希釈剤ガス中の窒素の代わりにメタンを用い、残部を
水蒸気として、実施例1〜4の条件をくり返した。
Examples 5 to 8 The conditions of Examples 1 to 4 were repeated, except that methane was used instead of nitrogen in the diluent gas, and the balance was steam.

第1段階触媒の性能の上記初めの8つの実施例は、水
蒸気の原料濃度が低下すると(実施例1ないし4および
5の順に低下)、アセトアルデヒド+酢酸の全体収率も
低下することを実証している。この低下は次いで酢酸収
率の全体測定における第2段階反応に直接置き換えられ
る。さらに、実施例1〜4を実施例5〜8と直接比較す
ると、窒素希釈剤と比較してメタン希釈剤(熱容量がよ
り高い)の場合、アクロレイン+アクリル酸の収率が著
しく高いことが明らかである。また、これらの収率は2
段階のアクリル酸の全体収率に直接置き換わる。
The above first eight examples of first stage catalyst performance demonstrate that as the feedstock concentration of water vapor decreases (in the order of Examples 1 to 4 and 5), the overall yield of acetaldehyde + acetic acid also decreases. ing. This reduction is then directly replaced by the second stage reaction in the overall measurement of acetic acid yield. Furthermore, a direct comparison of Examples 1-4 with Examples 5-8 reveals that the yield of acrolein + acrylic acid is significantly higher for methane diluent (higher heat capacity) compared to nitrogen diluent. Is. The yield of these is 2
It directly replaces the overall yield of acrylic acid in the stage.

これらの実験の範囲にわたって、第1段階への原料中
の水蒸気の各パーセントポイントは、0%の水蒸気濃度
より高い場合、アセトアルデヒドプラス酢酸の収率の増
大をもたらす。これを下記の関係式に示す。
Over the range of these experiments, each percentage point of steam in the feed to the first stage results in an increased yield of acetaldehyde plus acetic acid above a steam concentration of 0%. This is shown in the following relational expression.

アセトアルデヒド+酢酸の収率=1.7535+0.0304(モ
ル%水蒸気−20) 実施例9 実施例1ないし8についての実験機構をくり返した
が、追加の無水希釈剤を使用しなかった。すなわち、原
料は空気60.2%、プロピレン7.0%及び水蒸気32.6%
(プロピレン1モル当り4.6モル)よりなるものであっ
た。これは、実施例10ないし14における比較例として使
用する従来組成物であると考える。実施例9ないし14の
結果を表IIに示す。
Yield of acetaldehyde + acetic acid = 1.7535 + 0.0304 (mol% steam -20) Example 9 The experimental setup for Examples 1-8 was repeated, but without additional anhydrous diluent. That is, the raw materials are air 60.2%, propylene 7.0% and steam 32.6%.
(4.6 mol per mol of propylene). This is considered to be the conventional composition used as a comparative example in Examples 10-14. The results of Examples 9-14 are shown in Table II.

実施例10 実施例1ないし9で使用した実験機構をくり返した。
プロピレンの供給濃度を7.0%に設定し、分子状酸素含
有ガスとしての酸素を反応器原料流の60.2%の量とし
た。残りの原料はプロパンおよび窒素で構成される希釈
剤よりなるものであった。窒素およびピロパンの量を、
組合せガス混合物がメタン単独の場合と同じモル熱容量
を有するように調節した。これは反応器原料ガス流中の
プロパン6.4%および窒素26.2%に相当する。系の出口
圧力を7psigに制御し、反応器の温度を330℃に保った。
Example 10 The experimental setup used in Examples 1 to 9 was repeated.
The supply concentration of propylene was set to 7.0%, and oxygen as the molecular oxygen-containing gas was adjusted to 60.2% of the reactor raw material stream. The remaining feed consisted of a diluent composed of propane and nitrogen. The amount of nitrogen and pilopan,
The combined gas mixture was adjusted to have the same molar heat capacity as methane alone. This corresponds to 6.4% propane and 26.2% nitrogen in the reactor feed gas stream. The system outlet pressure was controlled at 7 psig and the reactor temperature was maintained at 330 ° C.

実施例11 希釈剤が水蒸気と同じ平均モル熱容量を有するように
構成された以外は、実施例10の条件をくり返した。プロ
パン希釈剤濃度は2.0%であり、窒素希釈剤濃度は反応
物原料混合物の30.6%であった。実施例10および11の結
果を表IIに要約する。
Example 11 The conditions of Example 10 were repeated, except that the diluent was configured to have the same average molar heat capacity as steam. The propane diluent concentration was 2.0% and the nitrogen diluent concentration was 30.6% of the reactant feed mixture. The results of Examples 10 and 11 are summarized in Table II.

実施例12 10.8%のプロパン濃度および21.8%の窒素濃度で実施
例11の条件をくり返した。
Example 12 The conditions of Example 11 were repeated with a propane concentration of 10.8% and a nitrogen concentration of 21.8%.

実施例13 23.0%のプロパン濃度および9.6%の窒素濃度で実施
例11の条件をくり返した。
Example 13 The conditions of Example 11 were repeated with a propane concentration of 23.0% and a nitrogen concentration of 9.6%.

実施例14 この実施例では、プロパン原料および空気原料の流量
を実施例10ないし13で使用した条件と同じに設定した。
この場合、希釈剤の容量流量を低下させたが、この希釈
剤の複合熱容量は実施例12で使用した希釈剤の複合熱容
量と同じであった。これは下記の原料条件、すなわち、
空間速度1380hr-1、プロピレン8.33%、空気69.8%、窒
素14.6%およびプロパン7.26%で実施することによって
達成した結果を表IIに示す。
Example 14 In this example, the flow rates of propane feed and air feed were set to the same conditions used in Examples 10-13.
In this case, the diluent volume flow rate was reduced, but the composite heat capacity of this diluent was the same as the composite heat capacity of the diluent used in Example 12. This is based on the following raw material conditions:
The results achieved by carrying out at a space velocity of 1380 hr -1 , propylene 8.33%, air 69.8%, nitrogen 14.6% and propane 7.26% are shown in Table II.

実施例9ないし13におけるアクロレイン+アクリル酸
の収率を比較することにより、熱容量が高いと、有用な
生成物への効率が高くなるということが明らかである。
さらに、実施例10ないし13を実施例9と比較すると、水
蒸気希釈剤が存在しないと、アセトアルデヒド+酢酸の
収率が劇的に低下することがわかる。実施例14は、複合
熱容量の高い希釈剤を使用することにより、希釈剤のよ
り低い容量流量を使用して方法を実施し、有用な生成物
の高収率を維持することができる。
By comparing the acrolein + acrylic acid yields in Examples 9 to 13, it is clear that higher heat capacity leads to higher efficiency for useful products.
Furthermore, comparing Examples 10 to 13 with Example 9 shows that the absence of steam diluent dramatically reduces the yield of acetaldehyde + acetic acid. Example 14 allows the process to be carried out using a lower volumetric flow rate of diluent by using a high combined heat capacity diluent to maintain a high yield of useful product.

これらの実験の範囲にわたって、複合熱容量が7〜1
4.1の範囲にあ場合、下記の関係式は有用な生成物の収
率におる予期傾向を表わしている。
Over the range of these experiments, the combined heat capacity was 7-1
When in the range of 4.1, the relationship below represents an expected trend in the yield of useful product.

アクロレイン収率=1.224(ccp)+69.3084 アクロレイン+アクリル酸収率=0.756(ccp)+83.774
4 上記等式中、ccpは上記のように希釈剤の複合熱容量
である。
Acrolein yield = 1.224 (ccp) + 69.3084 Acrolein + acrylic acid yield = 0.756 (ccp) + 83.774
4 In the above equation, ccp is the composite heat capacity of the diluent as above.

再循環の適用 工程水蒸気を再循環することは化学処理業界で周知で
あって、通常、効率および工程の経済性を向上させるた
めに実施される。より詳細には、生成物または生成物流
の一部を再循環することにより、一回で反応しない原料
物質を効率的に使用したり、反応器の原料流中に補充す
るのにコスト高になる原料物質を再び使用したりするこ
とができる。無水希釈剤を使用すると、再循環の操作性
に特に有利な効果を及ぼす。これにより、酸をわずかし
か含有していない再循環流を使用することができ、もっ
てコンプレッサの操作性を向上させることができる。さ
らに、従来技術の再循環方法は再循環酸素の濃度を確実
に測定するために、より精巧なサンプリング機構を必要
とする。引火性ガス混合物を心配するため、これらの再
循環方法の安全な操作には酸素の制御が欠かせない。と
ころが、本発明の無水流を使用すると、酸素を確実かつ
正確に監視することができ、それにより再循環方法の信
頼性および操作性ならびに安全性を向上させることがで
きる。
Application of Recirculation Recycling of process steam is well known in the chemical processing industry and is usually practiced to improve efficiency and process economics. More specifically, recycling a product or a portion of the product stream makes it more costly to efficiently use or replenish the raw material that does not react in one go into the reactor feed stream. The raw material can be reused. The use of anhydrous diluent has a particularly advantageous effect on the recycle operability. This makes it possible to use a recycle stream which contains only a small amount of acid, thus improving the operability of the compressor. Moreover, the prior art recirculation methods require more sophisticated sampling mechanisms to reliably measure the concentration of recirculated oxygen. Oxygen control is essential to the safe operation of these recirculation methods because they are concerned about flammable gas mixtures. However, using the anhydrous stream of the present invention, oxygen can be reliably and accurately monitored, thereby improving the reliability and operability and safety of the recirculation process.

そのうえ、無水希釈剤方法によれば、アクロレイン製
造装置におけるアクロレインの回収および再循環が簡単
で効率的である。第1図はアクロレインおよびアクリル
酸方法への再循環の適用を示している。
Moreover, the anhydrous diluent method provides simple and efficient recovery and recycling of acrolein in the acrolein production system. Figure 1 shows the application of recycle to the acrolein and acrylic acid processes.

実施例15(再循環) 第2段階反応器からの生成物ガスを凝縮させてすべて
の凝縮性成分を取り除いた。窒素、二酸化炭素、一酸化
炭素、酸素およびプロピレンを含有するこの生成物流の
未凝縮成分の一部をコンプレッサに差し向け、ほぼ30ps
igまで圧縮して反応器に供給した。この再循環流中の酸
素およびプロピレンの含有量を算出し、補充プロピレン
および空気を添加して反応器の原料流がプロピレン7.0
%および酸素12.6%を含有するようにした。プロピレン
の転化率が95%になるように第1段階反応器の温度を制
御した。同様に、アクロレインの転化率が99%を越える
ように第2段階の温度を制御した。第1段階のアクロレ
インの収率を測定すると、78%であり、第2段階のアク
リル酸を測定すると、12.2%であった。アクリル酸への
全(両段階)収率は平均して85%であった。
Example 15 (Recycle) The product gas from the second stage reactor was condensed to remove all condensable components. Almost 30 ps of uncondensed components of this product stream containing nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, oxygen and propylene are directed to the compressor
It was compressed to ig and fed to the reactor. The oxygen and propylene contents in this recycle stream were calculated and supplemental propylene and air were added to make the reactor feed stream propylene 7.0%.
% And oxygen 12.6%. The temperature of the first stage reactor was controlled so that the conversion of propylene was 95%. Similarly, the temperature of the second stage was controlled so that the acrolein conversion rate exceeded 99%. The yield of acrolein in the first stage was 78%, and that of acrylic acid in the second stage was 12.2%. The overall (both stages) yield to acrylic acid averaged 85%.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図および第2図はアクロレイン工程およびアクリル
酸工程への再循環流れの適用を示すフローシートであ
る。
1 and 2 are flow sheets showing the application of a recycle stream to the acrolein process and the acrylic acid process.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゴードン、ジーン、ハークリーダー アメリカ合衆国、ウエスト・バージニア 州 25314、チャールストン、ブレント ウッド・ロード 1506番 (56)参考文献 特開 昭56−95144(JP,A) 特開 昭51−36415(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Gordon, Jean, Hark Leader, Brent Wood Road 1506, Charleston, 25314, West Virginia, United States (56) Reference JP-A-56-95144 (JP, A) JP-A-51-36415 (JP, A)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】1種又はそれ以上の再循環の流れを使用
し、かつ酸素及び不活性希釈剤ガスを含有する供給物の
流れを処理する、プロピレンの接触酸化によるアクロレ
インの製造方法において、反応に添加する実質的に不活
性で実質的に無水の希釈剤供給物として、故意に添加さ
れた水をなんら含有せず、プロピレン1モル当り2.0な
いし32.0モルのモル比における1種又はそれ以上の実質
的に不活性で実質的に無水の希釈剤ガスを使用し、前記
添加された実質的に不活性で実質的に無水のガス供給物
は8ないし20カロリー/グラム−モル(℃)の複合熱容
量を有するものであり、酸素含有流はプロピレン1モル
当り1.1ないし2.1モルの分子状酸素であることを特徴と
する改良方法。
1. A process for the production of acrolein by the catalytic oxidation of propylene using one or more recycle streams and treating a feed stream containing oxygen and an inert diluent gas. As a substantially inert, substantially anhydrous diluent feed added to one or more of one or more in a molar ratio of 2.0 to 32.0 moles per mole of propylene, containing no intentionally added water. Using a substantially inert and substantially anhydrous diluent gas, the added substantially inert and substantially anhydrous gas feed is 8 to 20 calories / gram-mol (° C) complex. Improved process having a heat capacity, characterized in that the oxygen-containing stream is 1.1 to 2.1 moles of molecular oxygen per mole of propylene.
【請求項2】第1段階反応において主としてアクロレイ
ンを生成させ、第2段階反応においてアクロレインの酸
化により主としてアクリル酸を生成させ、いずれか一方
又は両方の段階において1種又はそれ以上の再循環の流
れを使用し、両方の段階が酸素及び不活性希釈剤ガスを
含有する供給物の流れを処理する、プロピレンの2段階
接触酸化によるアクロレイン及びアクリル酸の製造方法
において、第1段階に添加される実質的に不活性で実質
的に無水の希釈剤供給物として、8ないし20カロリー/
グラム−モル(℃)の複合熱容量を有し、故意に添加さ
れた水をなんら含有せずプロピレン1モル当り2.0ない
し32.0モルのモル比における1種又はそれ以上の実質的
に不活性で実質的に無水の希釈剤ガスと;プロピレン1
モル当り1.1ないし2.1モルの分子状酸素を含有する酸素
含有流とを使用し;かつ第2段階への不活性ガス供給物
として、8ないし20カロリー/グラム−モル(℃)の複
合熱容量を有し、故意に添加された水をなんら含有しな
い1種又はそれ以上の実質的に不活性で実質的に無水の
希釈剤ガスを使用することを特徴とする改良方法。
2. Predominantly acrolein is produced in the first stage reaction, acrylic acid is predominantly produced by oxidation of acrolein in the second stage reaction, and one or more recycle streams are provided in either or both stages. In a process for the production of acrolein and acrylic acid by the two-stage catalytic oxidation of propylene, wherein both stages treat a feed stream containing oxygen and an inert diluent gas. As an inert, substantially anhydrous diluent feed, 8 to 20 calories /
Has a combined heat capacity of gram-mole (° C.), does not contain any deliberately added water, and is one or more substantially inert and substantially in a molar ratio of 2.0 to 32.0 moles per mole of propylene. With anhydrous diluent gas; propylene 1
An oxygen-containing stream containing 1.1 to 2.1 moles of molecular oxygen per mole; and having a combined heat capacity of 8 to 20 calories / gram-mol (° C) as the inert gas feed to the second stage. And an improved process comprising the use of one or more substantially inert, substantially anhydrous diluent gases that do not contain any deliberately added water.
【請求項3】酸素は純酸素源からのものであることを特
徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の方
法。
3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the oxygen is from a pure oxygen source.
【請求項4】希釈剤ガスはアクロレイン回収操作からの
再循環工程流を包含することを特徴とする特許請求の範
囲第1項又は第2項に記載の方法。
4. A process according to claim 1 or 2 wherein the diluent gas comprises a recycle process stream from the acrolein recovery operation.
【請求項5】希釈剤ガスはアクリル酸回収操作からの再
循環工程流を包含することを特徴とする特許請求の範囲
第1項又は第2項に記載の方法。
5. The method of claim 1 or 2 wherein the diluent gas comprises a recycle process stream from an acrylic acid recovery operation.
【請求項6】不活性希釈剤ガスの複合熱容量が10〜17で
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項
に記載の方法。
6. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the combined heat capacity of the inert diluent gas is between 10 and 17.
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